JPH11260376A - 酸素側電極 - Google Patents

酸素側電極

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JPH11260376A
JPH11260376A JP10059303A JP5930398A JPH11260376A JP H11260376 A JPH11260376 A JP H11260376A JP 10059303 A JP10059303 A JP 10059303A JP 5930398 A JP5930398 A JP 5930398A JP H11260376 A JPH11260376 A JP H11260376A
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一剛 森
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Tsuneaki Matsudaira
恒昭 松平
Koichi Takenobu
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体電解質燃料電池や水蒸気電解セルなどの
長期使用に伴う発電性能の低下を抑制することができる
酸素側電極を提供する。 【解決手段】 固体電解質燃料電池または水蒸気電解セ
ルに用いられる酸素側電極12であって、イットリア安
定化ジルコニアと(Pr(1-x) Srx y MnO 3 (た
だし、0.1≦x≦0.4、1.0<y≦1.05)と
の混合物を用いてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池や水蒸気電解セルの酸素側電極に関する。
【0002】
【従来の技術】酸素や空気などの酸化ガスと水素などの
燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得る固体電
解質燃料電池は、図6に示すように、固体電解質1を多
孔質の酸素側電極(空気側電極)2および燃料側電極3
で挟んでセルを構成し、このセルを導電性波板4,5で
挟むことにより酸化ガス101および燃料ガス102の
流路を形成し、さらにインタコネクタ6,7で挟むこと
により、上記各ガス101,102の流通に伴って各電
極2,3から上記波板4,5を介して流れる電気をイン
タコネクタ6,7を介して外部に取り出せる構造となっ
ている。
【0003】このような固体電解質燃料電池において、
前記酸素側電極2は、高い導電性を有し、固体電解
質1の材料であるYSZ(イットリア安定化ジルコニ
ア)との密着性がよく、使用環境である1000℃の
空気雰囲気下でも安定性を維持できることが要求される
ことから、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸
化物:La1-x Srx MnO3 )とYSZとの混合物が
使用されている。すなわち、LSMにより空気雰囲気下
における高導電性能を発現させ、YSZにより酸素イオ
ン導電性を発現させ、LSMとYSZとを混合すること
により固体電解質1との焼き付け性を向上させているの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LSM
とYSZとの混合物を用いた酸素側電極2は、固体電解
質燃料電池の長期運転に伴い、低耐熱性のため、シン
タリングにより粒成長を生じて比表面積が低下してしま
ったり、固体電解質1と反応してLa2 Zr27
どのような絶縁体を形成して導電率が低下してしまい、
固体電解質燃料電池の発電性能の低下を引き起こして安
定した発電が困難となってしまう場合があった。
【0005】このような問題は、固体電解質燃料電池の
酸素側電極(空気側電極)2に限らず、当該燃料電池と
同様な構造をなす水蒸気電解セルの酸素側電極でも上述
と同様に生じていた。
【0006】そこで、本発明は、固体電解質燃料電池や
水蒸気電解セルなどの長期使用に伴う発電性能の低下を
抑制することができる酸素側電極を提供することを目的
とした。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による酸素側電極は、固体電解質燃料電
池または水蒸気電解セルに用いられる酸素側電極であっ
て、イットリア安定化ジルコニアとペロブスカイト型酸
化物との混合物を用いてなることを特徴とする。
【0008】上述した酸素側電極において、前記ペロブ
スカイト型酸化物が(Pr(1-x) Srx y MnO
3 (ただし、0.1≦x≦0.4、1.0<y≦1.0
5)であることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明による酸素側電極を固体電
解質燃料電池に適用した場合の実施の形態を図1を用い
て説明する。なお、図1は、その要部の概略構造図であ
る。ただし、前述した従来の技術で説明した部分と同様
な部分については、前述した従来の技術の説明で用いた
符号等と同様な符号等を用いることにより、その説明を
省略する。
【0010】図1において、12は多孔質の酸素側電極
(空気側電極)であり、YSZ(イットリア安定化ジル
コニア)とペロブスカイト型酸化物との混合物を用いて
いる。このペロブスカイト型酸化物としては、PSM
(プラセオジミウムストロンチウムマンガン酸化物:
(Pr(1-x) Srx y MnO3 )などが挙げられる。
ここで、上記xが0.1以上0.4以下であり、上記y
が0.1を越えて1.05以下であると好ましい。
【0011】このような酸素側電極12においては、Y
SZ(70〜90wt%)とペロブスカイト型酸化物(1
0〜30wt%)とを混合し、これら粉体の分散性を向上
させる有機溶媒(例えば、ブチルカルビトール、テレピ
ン油、ブタノール等)を加えてロールミルでペースト状
に混練して固体電解質1にスクリーン印刷法で塗布した
後に焼き付け処理を行うことにより、容易に製造するこ
とができる。
【0012】このような酸素側電極12を用いた固体電
解質燃料電池では、長期運転を行っても、当該酸素側電
極12の比表面積や導電率が低下することはない。
【0013】したがって、上記酸素側電極12を用いた
固体電解質燃料電池によれば、長期運転による発電性能
の低下を抑制することができるので、安定した発電を長
期にわたって行うことができる。
【0014】なお、本実施の形態では、固体電解質燃料
電池に適用した場合について説明したが、当該燃料電池
と同様な構造をなす水蒸気電解セルにも上述と同様に適
用することができる。
【0015】
【実施例】前述した実施の形態の効果を確認するため、
次のような確認実験を行った。
【0016】[確認実験1:出力密度および界面抵抗] <試験体の製作>前述した実施の形態に基づいて、固体
電解質を燃料側電極と酸素側電極とで挟んだセルを下記
の条件でそれぞれ製作して試験体を得た。
【0017】 《試験体条件》 ・固体電解質−材料:YSZ サイズ:23mmφ、厚さ250μm ・燃料側電極−材料:NiO/YSZ=70/30 サイズ:10mmφ ・酸素側電極−材料:(Pr(1-x) Srx y MnO3 /YSZ=80/20 ただし、xは0 , 0.05, 0.1 , 0.2 , 0.3 , 0.4 ,0.45, 0.5 , 0.6 の計9種類、 yは1.02のみ
【0018】<実験方法>上述した条件で製作した各試
験体の出力密度および界面抵抗をそれぞれ測定した。
【0019】<実験結果>結果を図2に示す。図2から
わかるように、xが0.1以上0.4以下の場合には、
出力密度が1.3W/cm2 以上となり、界面抵抗が
0.9Ω・cm2 となった。よって、0.1≦x≦0.
4であると、良好な結果を得られることが確認できた。
【0020】[確認実験2:比表面積] <試験体の製作>(Pr(1-x) Srx y MnO3 (た
だし、xは0.1 , 0.2 , 0.3 , 0.4 の計4種類、yは1.
00 , 1.01 , 1.02 , 1.03 , 1.04 ,1.05 , 1.06 の計7
種類)の原料粉末をアルコキシド法によりそれぞれ合成
して試験体(総計28種類)を得た。
【0021】<実験方法>上記試験体(28種類)をそ
れぞれ熱処理(1200℃×10時間)した後に比表面
積をそれぞれ測定した。
【0022】<実験結果>結果を図3に示す。図3から
わかるように、yが1.00を越えると、比表面積が1
2 /g以上となった。一方、yが1.05を越える
と、ペロブスカイトの定比からのずれが大きくなって不
純物相が認められるようになってしまう。よって、1.
00<y≦1.05であると、良好な結果を得られるこ
とが確認できた。
【0023】[確認実験3:比表面積の比較] <試験体および比較体の製作>(Pr0.6 Sr0.4)1.03
MnO3 の原料粉末をアルコキシド法によりそれぞれ合
成して試験体を得ると共に、(La0.8 Sr0.2)MnO
3 の原料粉末から比較体を得た。
【0024】<実験方法>上記試験体および比較体をそ
れぞれ熱処理(1200℃×10時間)し、比表面積の
経時的な変化をそれぞれ求めた。
【0025】<実験結果>結果を図4に示す。図4から
わかるように、比較体は、時間の経過に伴って、比表面
積が著しく小さくなっててしまうものの、試験体は、時
間が経過しても、比表面積がほとんどかわらず、当初の
大きさを維持できることが確認できた。
【0026】[確認実験4:出力電流の比較] <試験体および比較体の製作>固体電解質を燃料側電極
と酸素側電極とで挟んだセルを下記の条件でそれぞれ製
作して試験体および比較体を得た。
【0027】《試験体条件》 ・固体電解質:8mol%Y2 3 安定化ジルコニア
(厚さ100μm) ・燃料側電極:NiOとYSZとの混合物 ・酸素側電極:(Pr0.6 Sr0.4)1.03MnO3 とYS
Zとの混合物
【0028】《比較体条件》 ・固体電解質:試験体と同一 ・燃料側電極:試験体と同一 ・酸素側電極:(La0.8 Sr0.2)MnO3 とYSZと
の混合物
【0029】<実験方法>1000℃の温度環境下での
0.7Vの出力電圧における上記試験体および比較体の
出力電流の経時的な変化をそれぞれ測定した。
【0030】<実験結果>結果を図5に示す。図5から
わかるように、比較体は、時間の経過に伴って、出力電
流が次第に小さくなっててしまうものの、試験体は、時
間が経過しても、出力電流がほとんどかわらず、当初の
大きさを維持できることが確認できた。
【0031】
【発明の効果】本発明による酸素側電極は、固体電解質
燃料電池または水蒸気電解セルに用いられる酸素側電極
であって、イットリア安定化ジルコニアとペロブスカイ
ト型酸化物との混合物を用いてなるので、例えば、固体
電解質燃料電池に適用した場合に当該燃料電池を長期運
転しても、比表面積や導電率の低下を抑制することがで
きる。このため、長期運転による発電性能の低下を抑制
することができ、安定した発電を長期にわたって行うこ
とができる。
【0032】また、前記ペロブスカイト型酸化物が(P
(1-x) Srx y MnO3 (ただし、0.1≦x≦
0.4、1.0<y≦1.05)であれば、比表面積や
導電率の低下をさらに確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による酸素側電極を固体電解質燃料電池
に適用した場合の実施の形態の要部の概略構造図であ
る。
【図2】確認実験1の結果を表すグラフである。
【図3】確認実験2の結果を表すグラフである。
【図4】確認実験3の結果を表すグラフである。
【図5】確認実験4の結果を表すグラフである。
【図6】固体電解質燃料電池の概略構造を表す要部分解
斜視図である。
【符号の説明】
1 固体電解質 2,12 酸素側電極(空気側電極) 3 燃料側電極 4,5 導電性波板 6,7 インタコネクタ 101 酸化ガス 102 燃料ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武信 弘一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質燃料電池または水蒸気電解セ
    ルに用いられる酸素側電極であって、イットリア安定化
    ジルコニアとペロブスカイト型酸化物との混合物を用い
    てなることを特徴とする酸素側電極。
  2. 【請求項2】 前記ペロブスカイト型酸化物が(Pr
    (1-x) Srx y MnO3 (ただし、0.1≦x≦0.
    4、1.0<y≦1.05)であることを特徴とる請求
    項1に記載の酸素側電極。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006104578A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 General Electric Co <Ge> 相互接続支持型電解セルアセンブリ、プリフォームおよび製造方法
JP2012164672A (ja) * 2006-02-10 2012-08-30 Nippon Shokubai Co Ltd 固体酸化物形燃料電池用空気極材料
JP2016030844A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 株式会社日本触媒 水蒸気電解用セル
US10480083B2 (en) 2014-07-28 2019-11-19 Nippon Shokubai Co., Ltd. Steam electrolysis cell

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